基于BIM技術的土木工程專業實踐教學應用研究

連夢儀

福州理工學院

1 引言

BIM 使用數字技術來表示有關建設項目的幾何、物理和功能信息，以支持項目生命周期、運營和管理決策。建筑信息模型技術的推廣和應用，不僅為建筑項目提供實時的集成信息，而且為項目建設過程中的各個參與者提供了方便，方便了數據信息的更新和處理。但是，國內大學BIM 教育改革的實踐和研究成果仍然很少。隨著建設項目的復雜性不斷提高以及現代計算機圖形技術的發展，三維BIM模型在工程上的應用越來越廣泛｛1｝。由于BIM 技術在中國的不斷傳播和普及，BIM 技術正逐步應用于土木工程專業，越來越多的高校認識到使用這項技術的重要性，將此技術應用于土木工程專業人才的培養當中，在培養BIM技術人才、滿足土木工程市場的需求方面起著非常重要的作用。因此，將BIM技術融入土木工程教育的實踐創新至關重要[2]。

2 BIM技術在國內外的應用研究

BIM技術在國外的應用比中國廣泛，發展速度也比中國快。BIM技術首先在芬蘭，新加坡和挪威應用。BIM已成為美國的主導技術，并影響了包括中國在內的許多國家和地區的采用。研究表明，一些發達國家已將BIM技術整合到高校工程教育中，并實施了一系列研究和課程改革。例如，奧本大學為本科建筑專業學生提供BIM 軟件課程，BIM 技術的使用提高了學生專業學習的效率和質量。在新加坡，有關高校在大學中開發BIM 課程并為畢業生提供適當的BIM培訓，以擴展學生的BIM知識領域。與發達國家相比，BIM 技術在中國的應用相對有限，BIM 概念尚未完全滲透到高校的建筑和工程學科中。2003 年，中國建筑業開始關注BIM技術。各種BIM咨詢公司，教育機構，政府和行業團體越來越關注BIM 技術的意義和重要性。清華大學，哈爾濱工業大學，同濟大學和華南理工大學等許多國內大學已成功建立了BIM 技術的生命周期管理研究所。實踐表明，建立BIM 實訓平臺可以幫助發展工程教育實踐，為BIM 技術人才的培養提供現實保障[3]。

3 應用型高校土木工程實踐教學的現狀

由于應用型本科高校的學生基礎相對較差，其就業導向和心理預期的就業崗位都是施工和管理崗位，他們對日常課程中設計類課程和理論性強的課程重視程度不夠，加上土木工程專業課程數量多、內容雜，學生對所學知識點的掌握比較分散、模糊，學生僅憑在課堂上所學的知識很難對工程設計有整體把握。而畢業設計方面，由于學生的畢設選題太過時，與當前項目中出現的新技術和新概念（例如建筑信息管理和跨學科協作設計）也存在嚴重差異，而通常的計算和設計過程對提高專業實踐技能影響不大[4]。

4 基于BIM技術的土木工程專業實踐教學應用研究

4.1 將BIM技術引入專業課程，構建土木工程專業BIM教學體系

根據各高校的人才培養計劃，首先可以將BIM 技術研究整合到土木工程的相關專業課程中，從而使每個學期的相關課程都具有BIM 內容。課程深度可分為基礎課程和深層次課程。BIM 基礎課程面向一年級和二年級學生，主要針對BIM 技術的基礎應用，使學生對BIM 知識系統有基本的了解。BIM 深層次課程主要針對該大學的三年級和四年級學生，主要針對BIM 技術的綜合應用，使學生對BIM知識系統有更完整更深刻的了解。根據“新工科”建設要求，通過“新建和植入”兩種BIM 融入模式改革課程體系，形成符合“新工科”內在要求的土木工程專業BIM教學改革理論和方法，具體詳見表1土木工程專業BIM課程設置。

表1 土木工程專業BIM課程設置

4.2 加強BIM教師隊伍建設

BIM 相關的技術更新速度更快，并且包含了為數眾多且功能各異的各種軟件。由于BIM 技術以實踐為導向，因此需要教師積極參與BIM技術培訓。教師可以通過參加各種BIM技術研討會，或邀請BIM行業專家進行講座和特殊培訓，了解行業的最新成就和動態，從而擴大專業教師的視野。此外，也可以積極引進“雙師型”BIM技術專業人才，并通過他們介紹實際項目的BIM協作以及如何應用BIM 技術解決實際的工程問題，以豐富教師的實踐工程經驗[5]。此外，可以建立基于BIM技術的建筑工程師實踐培訓平臺，以此來擴展教師的BIM 技術應用的教學能力設計，以補充教師在該方面的知識短板。而在此之前，大多數學校都是邀請各級BIM工程師在學校教授BIM課程。BIM培訓是通過學校與企業之間的合作進行的，但是從可持續發展的角度來看，高校需要創建與基于BIM 技術的土木工程實踐教育相一致的教育團體。同時，有必要在BIM 技術職業教育領域加強人力資源的引進和開發，加強BIM教育團隊的師資隊伍[6]。

4.3 構建基于BIM技術的土木工程實踐教學平臺

基于BIM 技術的土木工程實踐教學改革過程，需要有效地將BIM 技術與土木工程實踐聯系起來，構建基于BIM 技術的土木工程實踐教學平臺是必不可少的，主要有以下兩方面。一是依托學院現有的土木工程等相關學科的實驗室，整合現有試驗室、機房的硬件軟件資源，作為BIM 技術實踐環節的基礎操作實踐平臺。二是引入虛擬仿真技術，構建融合BIM 技術的建設工程技術集成展示、招投標模擬、工程項目管理模擬等綜合類實踐教學實訓平臺。

BIM技術實踐教學實訓平臺使學生能夠實時獲得三維立體支持，學生可以使用以BIM技術為代表的三維模型，以小組為單位，按沙盤模擬的方式展開實踐學習計劃，并實時進行調整，始終可以將其與理論知識和實踐知識相結合，從而在老師或工程師的幫助下優化自己的實踐學習內容[7]。此外，利用BIM技術實踐教學實訓平臺還可以解決實踐場地、設備不足的問題。在所有的實踐環節當中，生產實習是最難解決的一個環節。在實際項目中，項目建設時間可能會從六個月到幾年不等。目前，大多數學生實習環節為2 周至1 個月。學生實習通常僅適用于短期項目。因此，傳統實習的非常有限，學生很難了解項目全周期的生產流程以及組織模式。通過引入虛擬仿真技術可以解決此類問題。例如，教師們可以充分利用BIM 技術引導學生積極參與土木工程專業項目設計中的實際活動，以此來最大限度地提高實踐學習的效率[6]。所以借助實用的BIM 技術實踐教學實訓平臺，學生可以從不同角度提高他們的能力，培養創新能力，使學生能夠快速有效地與其社會崗位需求進行了解。

4.4 加強校企合作，創建校外BIM培訓基地

建立校企合作實踐基地，加大與校外施工企業的深入合作，搭建與企業、教師科研項目溝通和互動平臺。一方面企業在生產過程中遇到的實際問題可以與高校協作加以解決，另一方面高校也可以利用企業的場地優勢和技術優勢，拓寬實踐教學的軟硬件環境，以真實建設項目為研究對象，讓學生參與其中的分析研究讓學生走進企業，走近項目。比如，可以把現場發現的實際問題利用科研項目溝通和互動平臺進行分析、計算、優化，將得到的結果反饋于現場，用于實際問題的解決。在實際工程中，學生以工地技術人員的身份參與工程建設管理實踐，以BIM 技術為應用工具，把理論結合到實踐中去，也能使學生的實踐能力和工程素質在真實、復雜、開放的實踐環境中到了充分訓練，從而培養了學生的應用能力和創新能力，實現了將BIM 技術培訓基地與高校現有創新創業實踐基地聯合，為學生提供實地參觀和企業實習機會[8]。

4.5 以賽促學，提高學生的創新能力

為了實現適應新時代的發展和培養應用型人才的目標，我校在學習過程中積極鼓勵學生在BIM 課程設置的基礎上，對BIM 知識和相關軟件進行關聯學習，并鼓勵和引導學生積極參加相關的技能競賽。通過參賽，學生可加強BIM 相關知識和軟件的學習，對學生BIM 技術的認識和應用以及理論知識的系統整合起到了很大的促進作用。近年來，一些BIM 軟件的研發企業基于軟件推廣的目的，舉辦了各類BIM大賽，如歐特克公司的創新杯以及斯維爾杯、廣聯達大賽等。隨著大賽賽制的完善，影響范圍越來越廣。BIM 大賽的開展，對高校BIM 教學改革起到很好地推動作用，很多高校開始組織學生參與到大賽中，為此我校以BIM 設計競賽為載體，也進行了基于BIM 的土木工程專業課程改革探索。通過組織學生參加各類學科競賽，并將競賽結果反饋進行經驗總結及成果推廣，存在的問題及時在日常教學中進行改進，使實踐教學體系進一步完善，進而使更多的學生受益[9]。

4.6 將BIM技術融入畢業設計環節

畢業設計作為實踐教學的重要組成部分，其主要目的在于培養學生應用所學專業知識去解決實際工程問題的能力。在畢業設計的選題方向，針對高校土木工程專業，可以探索BIM技術在畢業設計中的運用，開設BIM 方向的畢設選題，檢驗學生對BIM 技術的掌握能力和學習成果，培養學生綜合應用BIM 的能力。為此，我校積極探索將BIM 技術融入土木工程專業的畢業設計當中，提高學生利用BIM技術解決工程實際問題的能力，加深學生對專業知識的理解以及對工程全生命周期的認識。通過BIM技術對畢業設計項目的模擬設計、施工，提高學生將理論知識轉化為實踐技能的能力。畢業設計開設BIM 方向選題，鼓勵學生對BIM 技術進行深入的研究，自主創新，拓寬思維，更好地適應建筑行業發展的人才需要，為今后的擇業就業打下良好的基礎，適應社會的需要[10]。

5 結束語

隨著BIM 技術的飛速發展，將BIM 技術融入高等教育的土木工程專業教育實踐中勢在必行。土木工程實踐與BIM技術教育相結合，將傳統的二維信息轉換為三維表示，并將理論講解轉換為實際操作，是土木工程專業創新型人才的培養目標，并將為土木工程的發展作出巨大貢獻。